4．“科圣”张衡

张衡的天文学著作《灵宪》，全面展现了他在天文学上的成就和发展。

文中就宇宙的起源、宇宙的无限性、天地的结构、日月食的成因、日月及金木水火土五星运行的规律、构建星官体系、流星和陨星的来源等，都提出了自己独到的解释。

他认为，宇宙起源于一派无形无色的精气，乃道之根，由道根产生道干，气也有了颜色，开始产生物体，“元气剖判，刚柔始分，清浊异位，天成于外，地定于内”，天地配合，生成万物，即为道之实。

与《淮南子·天文训》所说的气分清浊之后“清阳者薄靡而为天，重浊者凝滞而为地”的天上地下之“盖天说”不同，其主张清气所成的天在外，浊气所成的地在内，是为“浑天说”。

这种以“气”为基础的宇宙形成论与西方古代认为宇宙结构亘古不变的思想传统截然不同，却和现代宇宙演化学说的精神息息相通。

关于宇宙的有限和无限，张衡的观点是：人目所见的天地是大小有限的，但是，超出这个范围，人们就“未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷”。其所主张的宇宙在空间上没有边界，在时间上没有起点，和当代的辩证唯物主义哲学不谋而合。

在天与地的结构上，张衡把天描述成恒星的所在，乃一偏心率极小的椭球，上有北极，枢星正处其上，日月及金木水火土五星均绕其旋转。而天之下有南极，位于地底下，人不可见——在张衡看来，地是个半球，“自地至天，半于八极；则地之深亦如之”，他进而指出，日、月角直径为整个天周的“七百三十六分之一”，以现代通用角度单位换算，为29′35.3″，这和近代天文测量所得的日和月的平均角直径值31′59″和31′5″相比，误差只有2′左右！

王充在《论衡·说日篇》中曾明确指出：“日食者，月掩之也。日在上，月在下，障于日之形也。”科学地解释了日食的成因。可对于月食原因，尚无人知晓。张衡在《灵宪》中就专门论述了月食的原因：“月，光生于日之所照；魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也。众星被耀，因水转光。当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓虚。在星星微，月过则食。”他指出，月亮本不能发光，只能反射太阳光。月亮之有圆缺，都是太阳光照的结果，突出了月相与日、月相对位置的关系，而月食的出现，即大地挡住了太阳光，月亮出现在地球的本影区里，非常系统而科学地阐述了月食的成因。

而关于日月及金木水火土五星的位置及其分布，张衡认为，它们并非在天球球壳之上，而是在天地之间运行，距地的远近各有不同，“近天则迟，远天则速”，离地近的速度快，离地远的速度就慢。并用天的力量来解释行星有留、逆、迟、速等运动变化现象，其用力原因来探讨天体的运行是人类思想的一大进步，该观点在西方世界一直到16世纪才被提出来。

张衡观测记录了两千五百颗恒星，构建星官体系，还对陨石的来源予以了较正确的解释，他说：“及其衰也，神歇精殒，于是有陨星。然则奔星之所坠，至地则石矣。”

综合上述种种，不难看出，《灵宪》实在堪称我国最为杰出的古代天文学著作。

因为《灵宪》一文，梁代刘昭赞张衡“天文之妙，冠绝一代”。

为了立体而全方位地向世人展示自己心中的天体构造及其运行规律，张衡还凭借自己的奇思妙想和精湛的手工制作能力，借助机械学和动力学的基本原理，通过水流获取动力，制作出了一部精妙绝伦的浑天仪。

该浑天仪主体与现代的天球仪相仿，有“内外规，南北极，黄赤道。列二十四节气，二十八宿，中外星官及日、月、五纬”，上面画出了由张衡自己所定名的444官2500颗星，黄、赤道上描上二十四节气，正中刻有一条水平环，表示地平，另有一对夹着南、北极轴而又与水平环相垂直的子午双环，双环正中就是观测地的子午线。天球绕贯穿南北极的转轴转动时，球上星体有的露出地平环之上，以示星出，而正过子午线，则是星中，没入地平环之下者，就是星没，所谓“璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符也”。

更绝的是，天球外还附有日月及金木水火土五星，它们除了有和天球一道东升西落的周日转动之外，还有各自在恒星星空背景上的复杂运动。

基于张衡在两千年前就对天文学做出过这样全面而深刻的研究，后人将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”，将小行星1802命名为“张衡小行星”。

张衡还发明和制作出了一件震古烁今的作品——候风地动仪。

这件仪器发明于顺帝阳嘉元年（公元132年）。

朝廷得知了张衡的才能，曾经将他征召进京，拜为郎中，安帝元初元年（公元114年）迁尚书郎。次年，迁太史令。

候风地动仪就是张衡在太史令任上的一件大手笔。

其以精铜铸成，直径八尺，合盖隆起，形如酒尊，饰以篆文山龟鸟兽之形。尊中有铜柱，名叫都柱，旁边分布八条轨道，施关发机。尊外附八龙，龙首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承接铜丸。其机关制作巧妙，全部隐于尊中，覆盖周密无间。如若地动，都柱则敲动机关，使龙首张口吐丸，蟾蜍衔之，震声激扬，观察者即可觉察。

其有一龙发机，而另外七首不动，根据吐丸方向，可知地震之所在，验之以事，合契若神。

曾经，有一龙机发而地面并无震动，京师学者咸怪其无征。然而，几日之后，有消息传来，陇西发生了大地震，于是皆服其妙。

地震的原因很复杂，直到今天，研究地震的成因、预测地震的发生，依然是世界的大难题，而在两千年前，张衡就研究出了用来观测地震的仪器！从这一点来说，候风地动仪乃是世界上的地震仪之祖。

而从上面所提到的浑天仪和候风地动仪的构造即可得知，张衡本人掌握了极其高明的机械技术，他还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等。

和他同时代的崔瑗就盛赞他：“数术穷天地，制作侔造化。”

这句话，除了赞扬他制作器物的神奇外，也肯定了他在数学方面的成就。

他写过一部书，叫《算罔论》，给立方体定名为质，给球体定名为浑。他研究过球的外切立方体积和内接立方体积，研究过球的体积，其中还定圆周率值为10的开方，是我国第一个理论求得π的值。

他还被唐代人崇为东汉的大画家。张彦远的《历代名画记》卷三记有：“张衡作《地形图》，至唐犹存。”